D8 Fernerkundung und Ökosystemüberwachung

Thema

Zustand und Funktion von Pflanzenökosystemen lassen sich in Maßstäben von wenigen Metern bis hin zu ganzen Kontinenten messen. Eine Reihe von Messinstrumenten ermöglicht es uns, dieses gesamte Spektrum räumlicher Skalen abzudecken.

Auf der lokalsten Ebene erfassen Flux-Türme, die mittels turbulenter Wirbelkovarianz messen, direkt den Netto-Kohlenstoffaustausch des Ökosystems zwischen der Vegetation in der Umgebung und der Atmosphäre. Jeder Flux-Turm quantifiziert für den von ihm erfassten Teil des Ökosystems, ob dieser zu einem bestimmten Zeitpunkt als Kohlenstoffsenke oder Kohlenstoffquelle fungiert. Die Skalierung vom einzelnen Flux-Turm auf die gesamte umgebende Landschaft erfolgt durch einen Lasersensor, der an einem Flugzeug oder einer Drohne montiert ist (Airborne LiDAR). Dieser scannt die dreidimensionale Struktur der Vegetation über Gebiete von vielen Kilometern und ermöglicht so die Schätzung des Blattflächenindex und der Biomasse jedes Landschaftsabschnitts mit einer Auflösung von wenigen Metern.

Durch die weitere Skalierung – von der durch den flugzeuggestützten Lasersensor erfassten Landschaft bis hin zu regionalen und globalen Maßstäben – wiederholen optische und Radar-Satellitensensoren vergleichbare Messungen des Blattflächenindex, der Biomasse und von Ökosystemstörungen über ganze Kontinente hinweg. Aus diesen Satellitenmessungen lässt sich die Brutto-Primärproduktion der Vegetation ebenfalls auf denselben regionalen und globalen Maßstäben schätzen.

Um die Punktmessungen der Strömungstürme, die Landschaftsmessungen des flugzeuggestützten Lasersensors und die regionalen und globalen Messungen der Satellitensensoren zu kombinieren, wird Big-Data-Analyse eingesetzt. Unterstützt wird diese durch Cloud-Computing-Plattformen wie Google Earth Engine, die diese drei Datenquellen gemeinsam verarbeiten. Diese Big-Data-Analyse ermöglicht die Integration der individuellen Physiologie, gemessen durch die Strömungstürme und den flugzeuggestützten Lasersensor im Meterbereich, mit dem Ökosystemstoffwechsel, gemessen durch die Satellitensensoren im Kontinentalmaßstab.

Zusammengenommen ermöglichen uns die Durchflusstürme, der luftgestützte Lasersensor, die optischen und Radarsensoren der Satelliten sowie die Big-Data-Analyse, die Brutto-Primärproduktion, den Netto-Kohlenstoffaustausch des Ökosystems, den Blattflächenindex, die Biomasse und Ökosystemstörungen auf Skalen von Metern bis hin zu Kontinenten zu quantifizieren. Diese Abdeckung der Skalen integriert letztendlich die Physiologie des Individuums mit dem Stoffwechsel des Ökosystems im gleichen Zustand und der gleichen Funktion von Pflanzenökosystemen.

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